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Die Erfindung betrifft Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Fördern eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs aus einer Sammelvorrichtung zu einer Entsorgungseinheit, bevorzugt im Rahmen des Herstellens oder Bearbeitens von Halbleitern.
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Zur Förderung solcher Gemische sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, beispielsweise spezielle Schmutzwasser- oder Schlammpumpen und solche verwendende Verfahren. Es ist des Weiteren bekannt, Feststoff-Flüssigkeits-Gemische zu fördern, indem in einem Druckbehälter, in den ein Gemisch eingebracht werden soll, ein Unterdruck erzeugt wird, so dass das Gemisch durch die Wirkung des Unterdrucks in den Behälter gesaugt werden kann.
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WO 2005/102882 A1 ,
EP 289 057 A1 und
AT 197740 B betreffen Anlagen zur Förderung von Feststoffen oder Schlamm und entsprechende Verfahren zum Fördern der Feststoffe bzw. des Schlamms.
DE 38 30 544 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Schüttgutaufgabe in eine pneumatische Förderanlage. Bei diesem Verfahren wird das Schüttgut (Bezugszeichen von dort) in einen Einschleusbehälter
8 und von diesem in einen Senderbehälter
4 gegeben, von dem aus es über einen Dosierkörper
6 in die Förderleitung
1 abgegeben wird. In der Schrift ist nicht gesagt, dass zwischen dem Senderbehälter
4 und der Förderleitung
1 eine Druckdifferenz besteht, die es ermöglichen könnte, dass Luft oder Gas von der Förderleitung
1 in den Senderbehälter
4 fließen kann. Es besteht nicht einmal eine direkte Verbindung zwischen dem drucklosen Senderbehälter
4 und der Förderleitung
1, da das Schüttgut von dem Senderbehälter
4 über die Dosiereinheit
6 zugeführt wird.
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Problematisch bei der Förderung der genannten Gemische ist, dass es aufgrund der im Gemisch vorliegenden Feststoffe oder Feststoff-Konglomerate zu starken Verschleißerscheinungen an Pumpen und anderen Funktionseinheiten der Vorrichtung kommen kann. Zahlreiche andere Funktionsstörungen treten ebenfalls hindernd auf, beispielsweise in Form von Ablagerungen und Verstopfungen. Im Betrieb der Fördervorrichtungen kommt es daher insgesamt zu Einschränkungen bis hin zum vollständigen Versagen.
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Die Förderbarkeit von Feststoff-Flüssigkeits-Gemischen und damit die zuvor beschriebene Problematik ist stark von der Art der Feststoffe und des Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs sowie der Feststoffkonzentration abhängig. Es gibt insbesondere Gemische, bei denen die Feststoffe in nachteiliger Weise zu größeren Partikeln konglomerieren, aufgrund ihrer körperlichen Struktur stark abrasiv wirken oder sich aufgrund ihrer zur Flüssigkeits stark unterschiedlichen Dichte schnell ablagern. Derartige Gemische sind mit bekannten Pumpen und Fördereinrichtungen zumindest schwierig förderbar.
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Ein solches zumindest schwierig zu förderndes Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch entsteht z. B. im Rahmen einer Halbleiterfertigung bei der Reinigung von Abgasen, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen entstehen. Dabei fallen unter anderem Partikel, insbes. Siliziumoxidpartikel an, die eine sehr scharfkantige Struktur bei entsprechend hoher Härte besitzen. Die Siliziumoxidpartikel sind bedingt durch das Reinigungsverfahren mit der Flüssigkeit Wasser vermengt. Um ein vollautomatisches Reinigungsverfahren zu realisieren, ist das im Wesentlichen aus Wasser und Siliziumoxidpartikeln bestehende Gemisch gleichfalls automatisch aus der Abgasreinigungsanlage zu entfernen. Das Gemisch ist jedoch aufgrund seiner vorstehend beschriebenen Eigenschaften über bekannte Schmutzwasserpumpen nicht oder nur stark eingeschränkt förderfähig, da die Partikel aufgrund ihrer scharfkantigen Struktur eine hoch abrasive Wirkung besitzen und zusätzlich zu Konglomeratsbildung mit daraus folgenden Verstopfungen und demzufolge Verfahrensstörungen neigen.
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Die Aufgabe liegt darin, Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Fördern eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs aus einer Sammelvorrichtung zu einer Entsorgungseinheit zu erfinden, in denen stark abrasiv wirkende und zur Konglomeratsbildung neigende Feststoffanteile vollautomatisch gefördert werden können und Störungen durch Verstopfungen oder Ablagerungen sowie übermäßiger abrasiver Verschleiß an z. B. Pumpen verhindert wird. Ein besonderes Anwendungsgebiet soll die Halbleiter-Fertigung sein.
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Nach der Erfindung ist eine Lösung dieser Aufgabe das Verfahren zum Fördern eines Gemisches aus Feststoffen und Flüssigkeit gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 16. Dies fördert aus einer Sammelvorrichtung (Sammler) über einen Druckbehälter zu einer Entsorgungseinheit.
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Nach der Erfindung ist eine weitere Lösung dieser Aufgabe eine Vorrichtung zur Förderung eines Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs aus einer Sammelvorrichtung in eine Entsorgungseinheit gemäß Anspruch 12.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird vermieden, dass das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch durch eine direkt mechanisch auf das Gemisch einwirkende Pumpvorrichtung gefördert werden muss. Durch die Vermeidung des direkten Kontaktes zwischen Gemisch und Pumpvorrichtung ist diese bzw. sind diese der Abrasionswirkung des Gemisches nicht ausgesetzt. Die bei der Förderung des Gemisches auftretende Problematik ist in vorteilhafter Weise auf die von ihm durchströmten Einheiten und Querschnitte der Vorrichtung beschränkt. Da es sich hierbei im Sinne der Erfindung im Wesentlichen um Leitungen (Strömungswege oder Strömungspfade) sowie Behälter handelt, die vorzugsweise keine mechanisch bewegten Bauteile besitzen und den beim Betrieb auftretenden Belastungen entsprechend konfigurierbar sind, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung robust und kann nahezu wartungsfrei betrieben werden.
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Die zur Erzeugung von Unterdruck verwendeten und damit die Förderung des Gemisches bewirkenden Mittel sind vorzugsweise übliche Vakuumpumpen, die kostengünstig, wartungsfreundlich und weitgehend störungsfrei betrieben werden können. In diesem Zusammenhang wird im Folgenden aus Gründen der Einfachheit die Bezeichnung ‚Pumpe‘ (pneumatischer Art) verwendet. Sie erzeugt zwei Druckdifferenzen, Δp1 und Δp2 . Zwischen Sammler (Sammeleinrichtung) und Druckbehälter und zwischen diesem und Entsorgungseinheit entsteht jeweils eine der Druckdifferenzen (Anspruch 16).
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Bevorzugt ist der Innendruck des Druckbehälters gegenüber dem Atmosphärendruck abgesenkt, so dass die beiden anderen Behälter, der Sammler und die Entsorgungseinheit mit Atmosphärendruck arbeiten können und beide Differenzdrücke, einer entlang je einer Verbindungsleitung entstehen können. Auch eine T-Verbindung mit einem MehrwegeVentil ist möglich, wobei bestimmte Leitungsabschnitte für beide Strömungswege verwendet werden. Ebenso kann die Druckdifferenz durch einen höheren Druck in der Entsorgungseinheit und in dem Sammler (der Sammeleinrichtung oder -vorrichtung) erzeugt werden, so dass der Druckbehälter auf Atmosphärendruck verbleiben kann, beispielsweise offen sein könnte.
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Das zu entsorgende oder zu fördernde Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch befindet sich in einer Sammelvorrichtung oder wird in eine solche eingebracht, bis eine für die Entsorgung ausreichende Menge gesammelt ist. Die Sammelvorrichtung kann beliebig ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines offenen oder geschlossenen Behälters oder als Leitung. Größe, Form und Art der Sammelvorrichtung sind auf die Art und die Menge des zu fördernden und entsorgenden Gemischs abgestimmt. Die Einbringung des Gemisches in die Sammelvorrichtung kann in beliebiger Art erfolgen.
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Die Sammelvorrichtung ist strömungstechnisch, insbesondere hydraulisch oder pneumatisch, mit dem Druckbehälter verbunden (strömungs-verbunden). Dieser ist vorzugsweise als Unterdruck- oder Vakuumbehälter ausgebildet und steht wiederum mit der Entsorgungseinheit in Verbindung, in welche das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch gefördert werden soll.
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Die Entsorgungseinheit ist von beliebiger Art. Es kann sich beispielsweise um eine gespülte oder ungespülte Abflussleitung entsprechender Abmessungen, eine weitere Sammelvorrichtung der zuvor beschriebenen Art, eine Filtrations- oder Trennvorrichtung, einen Abfallbehälter oder ähnliches handeln. Insbesondere ist die Entsorgungseinheit konzipiert, ein bestimmtes Luft- oder Gasvolumen zu enthalten oder sie steht mit der Umgebung in Verbindung.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind Sammelvorrichtung und/oder Druckbehälter und/oder Entsorgungseinheit über Leitungen oder Rohre miteinander verbunden, können jedoch auch unmittelbar aneinander angrenzen und strömungstechnisch miteinander verbunden sein (über Strömungsverbindungen). Sammelvorrichtung, Druckbehälter, Entsorgungseinheit sowie ggf. vorhandene Leitungen oder Rohre als Verbinder (Strömungspfade oder -wege) weisen eine geeignete Widerstandsfähigkeit gegen die abrasive Wirkung des Gemisches auf, beispielsweise durch entsprechende Werkstoffauswahl, Panzerung oder Formgebung.
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Durch die Evakuierung des Druckbehälters wird zwischen diesem und der Sammelvorrichtung eine Druckdifferenz erzeugt (Anspruch 16). Deren Größe hängt von zahlreichen Faktoren ab und kann grundsätzlich in weiten Bereichen eingestellt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform herrscht in der Sammelvorrichtung Umgebungsdruck, wobei der Druck im Druckbehälter auf Werte unterhalb 60 kPa, vorzugsweise zwischen 20 kPa und 40 kPa abgesenkt wird. Die Druckdifferenz zwischen Druckbehälter und Sammelvorrichtung gewährleistet vorzugsweise, dass das Gemisch mit einer ausreichenden Geschwindigkeit bewegt wird, so dass Feststoff durch die Strömung mitgesogen wird und Absetzvorgänge vermieden werden können. Dies insbesondere beim Ansaugvorgang.
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Während der Evakuierung des Druckbehälters oder dem Druckbeaufschlagen des Sammlers (der Sammelvorrichtung), ist der Druckbehälter gegenüber der Sammelvorrichtung und der Entsorgungseinheit druckdicht abgesperrt. Die Absperrung zwischen Sammelvorrichtung und Druckbehälter erfolgt mittels einer ersten Absperrvorrichtung, beispielsweise in Form eines üblichen steuerbaren Absperrventils, das in einem Strömungsweg zwischen Druckbehälter und Sammelvorrichtung angeordnet ist. Die Absperrung des Druckbehälters gegenüber der Entsorgungseinheit erfolgt mittels einer zweiten (oder einer weiteren) Absperrvorrichtung, die ähnlich oder identisch zur ersten Absperrvorrichtung ausgeführt sein kann.
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Unter einem Erzeugen eines gegenüber dem Druck in der Sammelvorrichtung abgesenkten Drucks in dem Druckbehälter nach Anspruch 1 ist auch ein Bewahren eines bereits vorliegenden Drucks verminderter Höhe zu verstehen.
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Druckdicht im Sinne des Anspruchs 1 oder 12 bedeutet im Wesentlichen druckdicht. Es ist ausreichend, die Strömungswege so abzudichten, dass die gewünschten Druckwerte und Druckdifferenzen über eine zur Förderung des Gemisches ausreichende Zeitdauer in ausreichender Höhe aufrechterhalten werden.
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Nach Einstellen des gewünschten Drucks im Druckbehälter respektive der ersten Druckdifferenz wird die erste Absperrvorrichtung zumindest teilweise, insbesondere schrittweise geöffnet, wodurch es aufgrund der Druckdifferenz zwischen Sammelvorrichtung und Druckbehälter zu einem Strömen, insbesondere einem Ansaugen des Gemisches aus der Sammelvorrichtung in den Druckbehälter kommt. Der Vorgang wird durch Schließen der ersten Absperrvorrichtung beendet.
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Die zuvor beschriebene Evakuierung des Druckbehälters kann vor dem Öffnen der ersten Absperrvorrichtung beendet werden, beispielsweise durch ein Abschalten der Pumpe oder durch ein druckdichtes Absperren der Verbindung zwischen Druckbehälter und Pumpe oder beides. Hierdurch wird vorteilhaft vermieden, dass das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch, Feststoffpartikel oder andere Verunreinigungen aus dem Druckbehälter in die ‚Pumpe‘ gelangen und dort abrasiven Verschleiß oder andere Störungen hervorrufen können. Es ist jedoch auch möglich, den Druckbehälter über den Zeitpunkt des Öffnens der ersten Absperrvorrichtung hinaus kontinuierlich oder intermittierend während der nachfolgenden Schritte zu evakuieren, wodurch der Unterdruck (Minderdruck) im Druckbehälter oder die erste Druckdifferenz für eine längere Zeitdauer aufrechterhalten und ein Druckausgleich verzögert wird. In diesem Falle ist es vorteilhaft, zwischen dem Druckbehälter und der ‚Pumpe‘ geeignete Filtermedien vorzusehen, mit denen ein unerwünschtes Eindringen von Feststoffpartikeln in die ‚Pumpe‘ vermieden werden kann.
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Das Strömen, insbesondere über ein Ansaugen, des Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches durch Öffnen der ersten Absperrvorrichtung erfolgt über einen kurzen Zeitraum, beispielsweise 2 sec. Die Dauer des Vorganges hängt wie die Druckdifferenz zwischen Druckbehälter und Sammelvorrichtung von der Art und der Zusammensetzung des zu fördernden Gemisches ab und ist so auszuwählen, dass ein schnelles Bewegen des Gemisches ermöglicht wird. Die anzustrebende Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches ist vorzugsweise so hoch, dass auch zum Absetzen neigende Feststoffpartikel oder Feststoffkonglomerate durch die Strömung mitgesogen werden, wodurch Verstopfungen zwischen Sammelvorrichtung und Druckbehälter vermieden werden können (Anspruch 18).
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Der Ansaugvorgang kann mit Vorteil diskontinuierlich (ggf. intermittierend) periodisch erfolgen, wobei es durch die diskontinuierliche und ggf. intermittierende Strömung zu Verwirbelungen im Gemisch kommt, die eine fortwährende Durchmischung des Gemisches bewirken und Absetz- und Entmischungsvorgänge vermindern oder verhindern. In diesem Fall wird die ‚Pumpe‘ fortwährend unter Schaltung eines entsprechend angeordneten Absperrventils betrieben. Alternativ wird die pneumatische Pumpe intermittierend betrieben.
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Nach dem Schließen der ersten Absperrvorrichtung liegt in dem Druckbehälter eine bestimmte Menge des angesaugten Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs vor. In dem Druckbehälter herrscht zu diesem Zeitpunkt ein gegenüber der Entsorgungseinheit geringerer Druck. Dieses wird durch eine rechtzeitige Beendigung des Ansaugvorgangs vor Erreichen eines Druckgleichgewichts erzielt oder kann durch eine zumindest abschnittsweise länger anhaltende Evakuierung des Druckbehälters erzielt werden. Es wird nun die zweite Absperrvorrichtung geöffnet, die während des Ansaugens ein Abfluss vom Druckbehälter zu der Entsorgungseinheit (druckdicht) absperrte (Anspruch 1, Anspruch 16).
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Bei geöffneter zweiter Absperrvorrichtung herrscht zumindest zeitweise in dem Druckbehälter ein geringerer Druck als in der Entsorgungseinheit. Dieser verringerte Druck kann in der vorgenannten Weise erzeugt werden.
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Der Abfluss (Auslass) ist vorzugsweise im unteren Bereich des Druckbehälters und insbesondere an dessen tiefster Stelle angeordnet. Es schließt sich ein Strömungsweg an, beispielsweise als Rohr oder Leitungsabschnitt.
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Aufgrund der Druckdifferenz zwischen Entsorgungseinheit und Druckbehälter kommt es nach dem Öffnen der zweiten Absperrvorrichtung zu einem Einströmen von Luft oder Gas in den Druckbehälter. Luft- oder Gasblasen strömen durch den Abfluss entgegen der Abflussrichtung in den Druckbehälter und das dort befindliche Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch ein und steigen durch dieses auf. Es kommt hierdurch zu einer Bewegung und Durchmischung des im Druckbehälter befindlichen Gemisches, wodurch Absetzvorgänge von Feststoffpartikeln oder Konglomeratbildung eingeschränkt oder verhindert werden. Die Stärke der Bewegung des Gemisches kann durch die Höhe der Druckdifferenz eingestellt werden, da hierdurch die Einströmgeschwindigkeit der Luft oder des Gases bestimmt ist.
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Der Abfluss des Druckbehälters ist dimensioniert, um trotz des Einströmens von Luft oder Gas (Luft-/Gas-Strömung) entgegen der Abflussrichtung des Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs aus dem Druckbehälter in die Entsorgungseinheit strömen kann. Ein Gegenstrombetrieb ist vorgesehen (Anspruch 1).
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Durch das Öffnen der zweiten Absperrvorrichtung wird somit ein Ausströmen des Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs aus dem Druckbehälter unter gleichzeitigem Einströmen von Luft/Gas bewirkt, so dass auch im weiteren Verlauf der Entleerung des Druckbehälters das in diesem vorliegende Gemisch bewegt wird, ein Absetzen der Feststoffe verhindert wird und diese zusammen mit der Flüssigkeitsausströmen können.
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Das Einströmen von Luft/Gas und das Ausströmen des Gemischs kann auch über unterschiedliche Leitungen, also einen getrennten Abfluss und Zufluss erfolgen.
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Eine zeitliche Überdeckung zur Bewegung des Gemisches im Druckbehälter während dessen Entleerung ist vorteilhaft.
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Insbesondere nach der vollständigen Entleerung des Druckbehälters hat das beanspruchte Verfahren ein Schließen der zweiten Absperrvorrichtung. Vorzugsweise wird das Verfahren nach Anspruch 1, Merkmal (a) bis (e) vollständig oder teilweise periodisch wiederholt, wobei bei jeder Wiederholung des Verfahrens eine gewisse Teilmenge des Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches aus der Sammelvorrichtung in die Entsorgungseinheit gefördert wird.
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Die Evakuierung des Druckbehälters nach Merkmal (a) kann dabei jeweils zu Beginn jedes Verfahrensdurchlaufes, bei Überschreitung eines festzusetzenden Schwellen-Druckwerts im Druckbehälter (kennzeichnet nicht ausreichende Druckdifferenz), fortwährend während einzelner Verfahrensdurchläufe oder fortwährend bis zur vollständigen Entleerung der Sammelvorrichtung erfolgen (Anspruch 10).
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Nach einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Belüftungsvorrichtung des Druckbehälters geöffnet wird, insbesondere bei geöffneter zweiter Absperrvorrichtung. Der Beginn der Belüftung des Druckbehälters sowie deren Dauer hängen von zahlreichen Verfahrensparametern ab. Die zusätzliche Belüftung des Druckbehälters soll ein schnelleres Ausströmen des Feststoff-Flüssigkeits-Gemischs aus dem Druckbehälter ermöglichen. Dabei ist je nach den jeweils vorliegenden Bedingungen darauf zu achten, dass die Belüftung nicht zu früh erfolgt, so dass im Druckbehälter vorliegendes Gemisch durch das zuvor beschriebene Einströmen von Luft oder Gas über den Abfluss und die zweite Absperrvorrichtung ausreichend bewegt wurde. Andererseits wäre die Folge, dass abgesetzter Feststoff ggf. nicht aus dem Druckbehälter entfernt werden kann. Es ist daher nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Öffnen der Belüftungsvorrichtung mit einer zeitlichen Verzögerung nach dem Öffnen der zweiten Absperrvorrichtung erfolgt (Anspruch 6).
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Die Verzögerung richtet sich nach den jeweils vorliegenden Bedingungen sowie den übrigen Verfahrensparametern. Sie kann derart ausgedehnt werden, dass die Belüftungsvorrichtung erst bei oder nach Erreichen eines Druckausgleichs (im Wesentlichen) zwischen Entsorgungseinheit und Druckbehälter geöffnet wird, bevorzugt aber größer als 2 sec.
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Von Vorteil ist, wenn bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren (Anspruch 1, Anspruch 16) sowohl beim Einströmen des Gemisches in den als auch beim Ausströmen aus dem Druckbehälter eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit erzielt wird, so dass Absetzvorgänge eingeschränkt oder verhindert werden.
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Die Belüftung kann aus der Atmosphäre oder aus einem unter Druck stehenden Behälter erfolgen. Im letzteren Fall kann eine besonders schnelle Belüftung des Druckbehälters und somit dessen besonders schnelles Entleeren erzielt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gemisch in der Sammelvorrichtung zwangsbewegt wird. Dieses erfolgt vorzugsweise durch Einleiten von zusätzlichem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch (Anspruch 8). Eine Zwangsbewegung durch Einleitung von Wasser, Luft, Gas oder anderen strömenden Medien, die eine Verwirbelung des Gemisches in der Sammelvorrichtung bewirken, ist gleichfalls denkbar.
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Ein Einleiten einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in die insbesondere nahezu vollständig entleerte Sammelvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise ein Ausspülen derselben, wodurch Feststoff- oder Gemisch-Rückstände vollständig entfernt werden können.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Druckbehälter in ähnlicher Weise gespült wird (Anspruch 9). Die Spülung erfolgt vorzugsweise nach Erreichen eines Druckausgleichs zwischen Entsorgungseinheit und Druckbehälter, kann jedoch schon früher einsetzen. Dabei ist unbeachtlich, ob in dem Druckbehälter vorliegendes Gemisch bereits vollständig ausgeströmt ist oder zumindest teilweise noch vorliegt, da durch den Spülvorgang Feststoff- und Gemisch-Rückstände bewegt werden und der Druckbehälter gereinigt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Arbeitsweise anhand der einzigen Figur.
- 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Funktionsweise (als Arbeitsverfahren).
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Die in der 1 schematisch dargestellte Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Vakuumbehälter 1 als Druckbehälter auch als Zwischenbehälter ohne Druckfestigkeit, einer Abwasserleitung 2 als Entsorgungseinheit sowie einer Sammelvorrichtung 3. Diese ist über eine Saugleitung 4 mit dem Vakuumbehälter 1 verbunden. In der Saugleitung 4 ist ein erstes Absperrventil 5 als erste Absperrvorrichtung angeordnet, das mittels einer nicht dargestellten Steuerung automatisch steuerbar oder regelbar ist. Der Vakuumbehälter 1 ist über einen Auslass 6 und eine Leitung 7 mit der Abwasserleitung 2 verbunden. In der Leitung 7 ist als zweite Absperrvorrichtung ein zweites Absperrventil 8 angeordnet, das ebenfalls automatisch steuerbar/regelbar ist. Der Abfluss 6 ist im unteren Bereich des Vakuumbehälters 1 an dessen tiefster Stelle angeordnet.
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Im Bereich des Abflusses 6 und der Abwasserleitung 7 ist ein Sensor 9 angeordnet, mit dem Verstopfungen in der Leitung 7 sowie der Leerzustand des Vakuumbehälters 1 erfasst werden können.
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Ein weiterer Sensor 10 ist an der Sammelvorrichtung 3 angeordnet und dient einer Erfassung deren Füllzustands, beispielsweise um ein Überlaufen der Sammelvorrichtung 3 automatisch zu verhindern.
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Die Sammelvorrichtung 3 ist in ihrem oberen Bereich mit einer Belüftungsvorrichtung versehen, die aus einem Belüftungsventil 11 und einer Belüftungsleitung 12 besteht. Des Weiteren kann die Sammelvorrichtung 3 über eine Spülleitung 13, in deren Verlauf ein weiteres Absperrventil 14 angeordnet ist, mit Wasser oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit gespült werden, um deren Reinigung zu ermöglichen. Die Spülleitung 13 ist über einen Hauptabsperrhahn 15 mit einem Anschluss 16 verbunden.
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Die Beschickung der Sammelvorrichtung 3 mit dem zu fördernden Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch 25, auch ‚Gemisch‘ genannt, kann in beliebiger Weise erfolgen und ist in der 1 nicht näher dargestellt.
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In dem, dem Abfluss 6 gegenüberliegenden oberen Bereich ist der Vakuumbehälter 1 mit einer kombinierten Belüftungs- oder Spülleitung 17 verbunden. Diese wiederum steht über ein Absperrventil 18 mit einer Vakuumpumpe 19 als Mittel zum Erzeugen eines Minderdrucks in dem Vakuumbehälter 1, über ein nicht notwendigerweise vorzusehendes fünftes Absperrventil 20 mit einem Drucksensor 21, über ein weiteres Absperrventil 22 mit dem Atmosphärendruck der Umgebung sowie über ein Absperrventil 23 mit dem Abschnitt 13a der Spülleitung 13 in Verbindung.
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Im oberen Bereich des Vakuumbehälters 1 (auch Zwischenbehälter) ist ein Sensor 24 vorgesehen. Weiter unten ist zugeordnet zum Behälter 1 ein Füllstandssensor 24a vorgesehen. Sensor 24 erfasst den Füllstand als maximalen Füllstand und ist deshalb weiter oben angeordnet. Sensor 24a ist für die an sich definiert maximale Füllung durch die Gemischmenge 25 vorgesehen, um bei Erreichen dieses Pegelstandes den Strömungspfad 6, 7 durch Öffnen des Ventils 8 zu öffnen, um die Wirkung des hier anstehenden Differenzdrucks Δp2 einzusetzen.
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Im Folgenden wird beispielhaft der Verfahrensablauf bei der Förderung von in der Sammelvorrichtung 3 vorliegendem Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch 25 in die Abwasserleitung 2 beschrieben:
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Das bei beispielsweise einer Abgasreinigung entstandene Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch 25 in Form eines Wasser-Siliziumoxid-Gemisches wird in der Sammelvorrichtung 3 gesammelt. Mittels des Sensors 10 wird der Füllstand der Sammelvorrichtung 3 automatisch überwacht. Bei Erreichen einer kritischen Füllstandshöhe wird automatisch eine Förderung des Gemisches von der Sammelvorrichtung 3 in die Abwasserleitung 2 gestartet.
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Je nach Konsistenz des Gemisches 25 besteht die Möglichkeit, über die Spülleitung 13, die Ventile 15,23 und den Anschluss 16 dem Gemisch 25 im Sammelvorrichtung 3 zusätzlich Feststoff-Flüssigkeit zuzufügen, um dessen Konsistenz zu verdünnen. Bspw. Wasser.
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Damit Gemisch 25 von der Sammelvorrichtung 3 in den Vakuumbehälter 1 gefördert werden kann, wird im letztgenannten zunächst ein Minderdruck gegenüber der Sammelvorrichtung 3 erzeugt werden. Alternativ steht ein Überdruck p3 im Sammler 3 an. Beides erzeugt einen Differenzdruck Δp1 an der oder entlang der Strömungsverbindung 4.
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Wird mit Unterdruck (Minderdruck zum Atmosphärendruck) gearbeitet, wird aus dem nicht gefluteten Behälterabschnitt des Behälters 1 Gas oder Luft evakuiert, wozu die Vakuumpumpe 19 als Mittel zur Erzeugung eines Unterdrucks vorgesehen ist. Das Beispiel, in dem Überdruck in den Behältern 3, 2 eingespeist wird, ist nicht gesondert dargestellt, kann aber ohne die Vakuumpumpe 19 und das zugehörige Ventil 18 arbeiten.
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Der Unterdruck wird mit Hilfe der Vakuumpumpe 19 bewirkt. Der in dem Vakuumbehälter 1 vorliegende Druck wird mittels des Drucksensors 21 fortwährend überwacht, so dass in Abhängigkeit des gemessenen Drucks die Vakuumpumpe 19 und/oder das Absperrventil 18 gesteuert/geregelt werden können. Während der Evakuierung des Vakuumbehälters 1 sind die Absperrventile 23, 22, 5 und 8 geschlossen.
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Ist der Behälter 1 auf den gewünschten Minderdruck evakuiert, wird die Vakuumpumpe 19 abgeschaltet und werden die Absperrventile 18 und 20 geschlossen, um die Vakuumpumpe 19 bzw. den Drucksensor 21 gegenüber dem übrigen Systemvolumen abzudichten. Auf diese Weise wird verhindert, dass im Vakuumbehälter 1 oder in der Leitung 17 ggf. vorhandene Feststoffpartikel in die Vakuumpumpe 19 oder den Drucksensor 21 eindringen können und hier Schäden oder Störungen verursachen können.
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Das Absperrventil 5 wird für eine kurze Zeitdauer, beispielsweise für 2 Sekunden, geöffnet. Während des Öffnungszeitraums des Absperrventils 5 wird aufgrund der Druckdifferenz zwischen Vakuumbehälter 1 und Sammelvorrichtung 3 wenigstens eine erste Volumenmenge als Anteil des in diesem vorliegenden Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches 25 über die Leitung 4 in den unteren Bereich des Vakuumbehälters 1 gefördert. Der Öffnungszeitraum des Absperrventils 5 ist dabei derart bemessen, dass sich der Druck im Inneren des Vakuumbehälters 1 infolge des Einströmens von Gemisch 25 nicht derart verringert, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches 25 in der Leitung 4 zu gering wird.
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Es ist anzustreben, diese Strömungsgeschwindigkeit möglichst hoch zu halten, zumindest so hoch, dass ein Absetzen von Feststoffpartikeln in der Leitung 4 vermieden wird.
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Längere Öffnungszeiten des Absperrventils 5 können erreicht werden, indem das Gesamtvolumen des Vakuumbehälters 1 entsprechend groß ausgebildet ist oder indem die Vakuumpumpe 19 auch während des Förderns (Strömens) von Gemisch 25 in den Vakuumbehälter 1 diesen weiterhin evakuiert, wobei allerdings die Gefahr besteht, dass Feststoffpartikel in die Vakuumpumpe eingesaugt werden und hier verfrühten Verschleiß oder Störungen verursachen können. Um dieses zu vermeiden, können entsprechende Filtermedien vorgesehen sein. Alternativ wird in den Sammler ein Überdruck p3 gespeist oder im Sammler ein solcher aufgebaut. Der Druckwert p3 wird erhalten und aktualisiert, während das Gemisch 25 durch die Leitung 4 strömt (bei offenem Ventil 5).
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Nach dem Schließen des Absperrventils 5 liegt eine gewisse Menge des aus der Sammelvorrichtung 3 insbesondere angesaugten Gemisches 25 im unteren Bereich des Vakuumbehälters 1 vor. Um eine Verunreinigung der Leitung 17, der Vakuumpumpe 19 und des Drucksensors 21 zu vermeiden, sollte der Füllstand des Vakuumbehälters 1 etwa ein Drittel bis maximal die Hälfte des höchst-möglichen Füllstands betragen. Hierfür kann ein weiterer Sensor 24a auf geeigneter Höhe unterhalb des Sensors 24 angeordnet sein, wie das zuvor erläutert war.
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Die Abwasserleitung 2 ist derart dimensioniert, dass sie nur teilweise mit Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch gefüllt ist und sich über dem Gemischspiegel Luft vorzugsweise unter Atmosphärendruck befindet. Der im Vakuumbehälter 1 nach dem Schließen des Absperrventils 5 vorliegende Druck ist niedriger als der Luftdruck in der Abwasserleitung 2. Wenn nun im weiteren Verfahrensablauf das Absperrventil 8 geöffnet wird, kommt es aufgrund dieser Druckdifferenz zu einem Einströmen von Luft über die Abwasserleitung 7 und den Abfluss 6 in den Vakuumbehälter 1. Auslass 6 und Abwasserleitung 7 sind dabei derart dimensioniert, dass in dem Vakuumbehälter 1 vorliegendes Gemisch 25 trotz des Einströmens von Luft z.B. durch Schwerkraftwirkung in entgegengesetzter Richtung in die Abwasserleitung 2 strömen kann. Durch die rückströmende Luft, die durch das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch 25 im Vakuumbehälter 1 aufsteigt, wird dieses zwangsweise bewegt und durchmischt, wodurch Absetzvorgänge von Feststoffpartikeln und -konglomeraten vermieden werden, zumindest aber erschwert werden.
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In gleicher Weise, wie Sammler 3 mit Überdruck p3 > 0,1 MPa arbeiten kann, kann auch die Abwasserleitung 2 mit Überdruck arbeiten. Der Zwischenbehälter 1 ist dabei auf einem Druckniveau, welches die beiden Differenzdrücke an den beiden Strömungswegen 4 und 7 bewirkt. Sie sorgen (zeitversetzt) für den jeweiligen Transport des Gemisches 25 durch die jeweilige Leitung. Der Behälter 1 ist dann nur ein Zwischenbehälter, ohne zwingende Notwendigkeit geschlossen zu sein, oder Unterdruck aufnehmen zu können.
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Das Ausströmen des Gemisches 25 aus dem Vakuumbehälter 1 wird mittels des Sensors 9 überwacht. Stellt dieser fest, dass im Vakuumbehälter 1 im Wesentlichen kein Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch mehr vorliegt, wird das Absperrventil 8 geschlossen.
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Falls der in dem Vakuumbehälter 1 vorliegende Unterdruck nicht ausreicht, um ein Ansaugen einer weiteren Menge von Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch 25 aus dem Sammelvorrichtung 3 über die Leitung 4 bewirken zu können, erfolgt eine erneute Evakuierung mittels der Vakuumpumpe 19, oder ein Erhöhen des Drucks im Sammler 3.
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Reicht der im Vakuumbehälter 1 vorliegende Druck für ein erneutes Ansaugen von Gemisch aus der Sammelvorrichtung 3 aus, wird der zuvor beschriebene Verfahrensablauf vorzugsweise ohne erneute Evakuierung des Vakuumbehälters 1 zyklisch wiederholt, bis der Sammelvorrichtung 3 schließlich geleert ist.
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Um eine vollständige Reinigung des Systems zu bewirken, kann nach erfolgter Entleerung der Sammelvorrichtung 3 der Hauptabsperrhahn 15 geöffnet werden und das gesamte System oder Teile des Systems über die Absperrventile 23,14 mit Wasser gespült werden. Die abermalige Entleerung des Systems erfolgt in der zuvor beschriebenen Weise.
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Falls notwendig, kann die Sammelvorrichtung 3 während ihrer zuvor beschriebenen Entleerung durch die wiederholte Abfolge der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte mit Wasser über die Spülleitung 13 gespült werden, wodurch zum einen eine Verdünnung des in der Sammelvorrichtung 3 befindlichen Gemisches 25 und zum anderen dessen Zwangsbewegung und Aufmischung bewirkt wird, wodurch Absetzvorgänge von Feststoffpartikeln und Konglomeraten in der Sammelvorrichtung 3 zumindest verringert oder ganz verhindert werden können.
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Bei einer Variante des Verfahrens wird das Absperrventil 22 gleichzeitig mit oder zeitverzögert, zumindest 2 sec, nach dem Öffnen des Absperrventils 8 geöffnet, so dass ein beschleunigtes Ausströmen von in dem Vakuumbehälter 1 vorhandenem Gemisch 25 durch ein Nachströmen von Luft unter Atmosphärendruck über das Absperrventil 22 und die Belüftungsleitung 17 bewirkt wird.
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Die Belüftungsleitung 12 und das Belüftungsventil 11 werden verwendet, wenn es sich bei dem Sammelvorrichtung 3 um ein gegenüber der Atmosphäre geschlossenes System handelt. Durch ein Öffnen des Belüftungsventils 11 kann bei dem Entleeren der Sammelvorrichtung 3 Luft in diesen nachströmen, so dass ein Druckausgleich bewirkt wird.
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Die zwei Ventile 4 und 8 können auch gemeinsam verschaltet sein, so dass ein Mehrwegeventil ausgebildet wird. Das Schließen von Strömungspfad 4 bewirkt ein zeitsynchrones Öffnen des Strömungspfads 8. Der Ein- und Auslass 6 wären dabei zum und vom Behälter 1 derselbe, so dass ein Abschnitt des Strömungswegs gemeinsam benützt wird. Dieser Abschnitt kann indes auch ganz wegfallen, wenn das Mehrwegeventil am unteren Auslass 6 des Behälters 1 direkt angeordnet ist.
